JP2015045762A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像形成装置において反射型濃度センサーを使用しても現像特性を良好に調整できるようにする。【解決手段】 濃度検出用パッチは、高濃度部と低濃度部とを有し、高濃度部および低濃度部は、高濃度部と低濃度部との境界が、濃度検出用パッチの搬送方向に交差するように互いに近接して配置される。そして、コントローラーは、搬送方向における、高濃度部から低濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化と、低濃度部から高濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化とを比較し、比較結果に基づいてプロセス条件を設定する。【選択図】 図８

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンター、ファクシミリ機、複合機などの画像形成装置において、画像データに従って感光体ドラム上に静電潜像を形成したとき、エッジ効果によって画像端部の現像電界強度が強まり、現像に使用されるトナー量が増えることが知られている。さらに、出力される画像が副走査方向に低濃度部から高濃度部に変化する箇所で、トナーが低濃度部から高濃度部に移動して、低濃度部の高濃度部と接する後端部の濃度が低下するハロー現象も知られている。

ある画像形成装置では、像担持体の進行方向における濃度変化を検出して濃度変化の境界部から徐々に減少する光量補正を行う（例えば、特許文献１参照）。

別の画像形成装置では、高濃度部と低濃度部とが近接したパッチを形成して高濃度部と低濃度部の境界の画像欠陥を検知し、現像バイアスなどを制御して、高濃度部と低濃度部の境界の画像欠陥を補正している（例えば、特許文献２参照）。

さらに別の画像形成装置では、ハーフトーン部からベタ部にかけての特性変化に応じて画像形成条件（特に、現像スリーブ回転数やドクターブレードギャップ、ドラム現像スリーブ間距離など）を変更している（例えば、特許文献３参照）。

さらに別の画像形成装置では、転写体の移動方向と交差するエッジを有する高濃度画像と低濃度画像を形成し、その隣接部の濃度に基づいて現像器のトナーの排出と補給を行っている（例えば、特許文献４参照）。

さらに別の画像形成装置では、画像パターンにおける高濃度領域と低濃度領域とが隣接するエッジ検出手段の検出結果より露光量を調整している（例えば、特許文献５参照）。

さらに別の画像形成装置では、感光体ドラム上に形成したトナーパッチ画像の後端部の濃度を反射光量として検出し、グリッド印加電圧と現像バイアスを制御している（例えば、特許文献６参照）。

特開平１１−１９６２７７号公報 特開２００３−１５６８８９号公報 特開２０１１−５９６２５号公報 特開２００６−１９５２３３号公報 特開２０１２−１５８６４号公報 特開２００２−５５４９６号公報

現像ローラーの回転方向が、現像領域で感光体の回転方向に一致する現像方式（特にタッチダウン現像方式）では、ベタ画像の後端約１〜２ｍｍでトナーが多量に現像されたり、また、通紙方向後ろ側にベタ画像が近接しているハーフパターン画像においてハーフパターン画像の後端約１〜２ｍｍで白抜けが発生することがある。

これらの現象は、いずれもベタ画像部の現像電界が周辺より強い為に周辺からトナーを引き寄せることによるものであり、現像バイアス設定や現像ローラーの回転方向の影響を強く受ける。特に、現像バイアスのＤＣ成分を現像性が強くなる方向に設定すると、画像端部の不具合がより顕著になる。

これは、現像バイアスによって感光体上のベタ画像の潜像部に現像できる現像限界トナー量と、現像ローラーから供給できる供給限界トナー量との大小関係によるものである。

図１１に示すように、現像バイアスが、現像量の最小飽和点での適切なバイアス値Ｖｏより大きい値Ｖ＋である場合、現像限界トナー量が供給限界トナー量より大きくなり、ベタ画像端部に周辺からトナーを引き寄せることが可能な状態になり、画像端部の不具合発生につながる。反対に、現像バイアスがそのバイアス値Ｖｏより小さい値Ｖ−である場合、現像限界トナー量が供給限界トナー量より小さくなり、これらの画像端部の不具合発生を抑制することができる。ただし、アモルファスシリコンなどのように誘電率の高い感光体ドラムを使用した場合、小さな寸法バラツキや特性バラツキの影響で、ベタ画像の濃度低下や中間濃度画像の濃度むらという別の不具合が発生してしまう。

つまり、画像端部の不具合対策と濃度の安定化を両立する為には現像限界トナー量と供給限界トナー量が等しくなる現像バイアス設定に調整するのが望ましい。

しかしながら、現像限界トナー量は、トナーの帯電量バラツキの影響を受けやすく、現像バイアス設定を、その都度、最適な設定に調整することが必要となる。

現像限界トナー量と供給限界トナー量が等しくなるように現像バイアスを調整するには、現像バイアスを可変させながら現像量が飽和する設定を検出する必要があるが、図１２に示すように反射型濃度センサーは高濃度域の検出感度が低い特性を有するため、ベタ画像のパッチを反射型濃度センサーで精度よく検出することが困難である。

さらに、一般的に、反射型濃度センサーのスポット径は約２ｍｍで、高濃度部（ベタ画像部）と低濃度部（ハーフトーン部）の境界付近では、スポットの一部が高濃度部にかかり、残りの一部が低濃度部にかかるため、センサーから、両方の領域の影響を受けた検出波形が出力されるため、境界部の濃度変化を的確に捉えることが困難である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、反射型濃度センサーを使用しても現像特性を良好に調整できる画像形成装置を得ることを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体と、プロセス条件に基づいて前記感光体の表面を帯電させる帯電器と、前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、プロセス条件に基づいて前記静電潜像をトナーで現像しトナー像を形成する現像器と、前記トナー像の濃度を検出する濃度センサーと、前記トナー像として濃度検出用パッチを形成させ、前記濃度センサーにより検出された前記濃度検出用パッチの濃度検出値に基づいて、前記プロセス条件を設定するコントローラーとを備える。前記濃度検出用パッチは、高濃度部と低濃度部とを有し、前記高濃度部および前記低濃度部は、前記高濃度部と前記低濃度部との境界が、前記濃度検出用パッチの搬送方向に交差するように互いに近接して配置される。そして、前記コントローラーは、前記搬送方向における、前記高濃度部から前記低濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化と、前記低濃度部から前記高濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化とを比較し、比較結果に基づいて前記プロセス条件を設定する。

本発明によれば、反射型濃度センサーを使用しても現像特性を良好に調整できる画像形成装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。 図２は、図１における現像器４の一例を示す断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。 図４は、現像限界トナー量と濃度検出用パッチの濃度特性との関係を説明する図である。 図５は、現像限界トナー量が多い場合の濃度検出用パッチの濃度特性を説明する図である。 図６は、現像限界トナー量の４つの条件に対応する、濃度検出用パッチのトナー量の分布の例を示す図である。 図７は、図６における現像限界トナー量の４つの条件に対応する濃度センサー８による濃度測定結果の例を示す図である。 図８は、図７に示す濃度測定結果の各波形のうち、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する部分を時間的に（ここでは、時間に対応する検知位置の座標において）反転させて、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する部分と対比させた図である。 図９は、実施の形態２における位置検出用パッチの一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２におけるトナー量分布、濃度センサー８による濃度測定結果、および高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する部分と低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する部分との対比について説明する図である。 図１１は、現像バイアスに対応する現像限界トナー量と、供給限界トナー量との関係を説明する図である。 図１２は、反射型濃度センサーの特性を説明する図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の機械的な内部構成を示す側面図である。この画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。

この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色について、感光体ドラム１、帯電器２、露光装置３、現像器４、転写ローラー５、クリーニングユニット６、図示せぬ除電器を有する。

感光体ドラム１は、円筒状の感光体であり、その表面に、露光装置３によって静電潜像を形成される像担持体である。感光体ドラム１には、アモルファスシリコン感光体などの無機感光体が使用される。

帯電器２は、プロセス条件に基づいて感光体ドラムの表面を所定の電位に帯電させる。

露光装置３は、感光体ドラム１へレーザー光を照射して静電潜像を形成する装置である。露光装置３は、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１へ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。

現像器４は、プロセス条件に基づいて感光体ドラム１上の静電潜像をトナーで現像しトナー像を形成する。

図２は、図１における現像器４の一例を示す断面図である。

図２に示すように、現像器４は、筐体２１と、攪拌スクリュー２２と、磁気ローラー２３と、現像ローラー２４とを有する。この現像器４は、タッチダウン方式で現像を行い、感光体ドラム１と現像ローラー２４との間にギャップが設けられている。

現像器４には、図示せぬトナーコンテナーが接続され、トナーコンテナーから図示せぬ補給口を介して筐体２１内へトナーが補給される。筐体２１内では、攪拌スクリュー２２によってトナーとキャリアを含む２成分現像剤が攪拌される。キャリアには、磁性材料が使用される。

磁気ローラー２３は、その表面に２成分現像剤をブラシ状に保持している。２成分現像剤のうちのトナーが、磁気ローラー２３と現像ローラー２４との間の電圧である搬送バイアスに応じて現像ローラー２４に移行する。

現像ローラー２４は、磁気ローラー２３から移行してきたトナーをその表面にトナー薄層として保持する。現像ローラー２４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラー２４と感光体ドラム１の間の電圧である現像バイアスによって感光体ドラム１（静電潜像）に移行する。

図１に戻り、転写ローラー５は、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト７上に転写させる。クリーニングユニット６は、中間転写ベルト７へのトナー像の転写後に感光体ドラム１上に残留したトナーを回収する。中間転写ベルト７は、感光体ドラム１に接触し、感光体ドラム１上のトナー像を転写される環状の中間転写体である。中間転写ベルト５は、駆動ローラー等に張架され、駆動ローラーからの駆動力によって周回していく。

濃度センサー８は、中間転写ベルト７に光を照射し、その反射光を検出することで、中間転写ベルト７上のトナー像の濃度を検出する反射型濃度センサーである。

転写ローラー１２は、給紙トレイなどの給紙部１１から搬送されてくる用紙を中間転写ベルト７に接触させ、中間転写ベルト７上のトナー像を用紙に転写する。なお、トナー像を転写された用紙は、定着器１３へ搬送され、トナー像が用紙へ定着される。

図３は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。

図３に示すように、コントローラー４１は、感光体ドラム１、中間転写ベルト７などを動作させるためのモーターなどを駆動する駆動回路４２、濃度センサー８、帯電器２、露光装置３、現像器４などに電気的に接続されており、これらを制御することで、設定されているプロセス条件に従って、静電潜像の形成、トナー像の現像などを実行させる。コントローラー４１は、マイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで実現される。

調整時において、コントローラー４１は、トナー像として濃度検出用パッチを形成させ、濃度センサー８により検出された濃度検出用パッチの濃度検出値に基づいて、プロセス条件を設定する。このプロセス条件には、現像バイアスの他、感光体ドラム１の表面電位、露光設定、現像設定、線速設定、ギャップ設定などが含まれる。

この濃度検出用パッチは、高濃度部と低濃度部とを有し、高濃度部および低濃度部は、高濃度部と低濃度部との境界が、濃度検出用パッチの搬送方向に交差するように互いに近接して配置されている。

そして、コントローラー４１は、その搬送方向における、高濃度部から低濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化と、低濃度部から高濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化とを比較し、比較結果に基づいてプロセス条件を設定する。

具体的には、コントローラー４１は、高濃度部から低濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化、および低濃度部から高濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化のうちの一方を、時間的に反転させた上で、両者の差分に基づいてプロセス条件を設定する。

また、コントローラー４１は、プロセス条件を変化させて、異なるプロセス条件で濃度検出用パッチを複数形成させ、複数の濃度検出用パッチに対応する複数の差分に基づいてプロセス条件を設定する。具体的には、コントローラー４１は、その複数の差分から、現像ローラー２４上のトナー薄層をすべて感光体ドラム１へ移行させることができる現像バイアスの最小値を特定し、特定した現像バイアスの最小値を、現像バイアスとして設定する。

次に、実施の形態１に係る画像形成装置の動作について説明する。

コントローラー４１は、現像バイアスを変化させて、異なる現像バイアスで濃度検出用パッチを複数形成させる。

図４は、現像限界トナー量と濃度検出用パッチの濃度特性との関係を説明する図である。図５は、現像限界トナー量が多い場合の濃度検出用パッチの濃度特性を説明する図である。図１１に示すように、現像バイアスが高くなるほど、現像限界トナー量は高くなる。図４および図５に示すように、現像限界トナー量が供給限界トナー量を超えると、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する境界部の低濃度側では、濃度減少が発生し、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する境界部の高濃度側では、濃度増加が発生する。

そして、コントローラー４１は、複数の濃度検出用パッチに対応する、濃度センサー８の出力波形を取得する。

コントローラー４１は、高濃度部から低濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化、および低濃度部から高濃度部へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化（つまり、出力波形）のうちの一方を、時間的に反転させた上で、両者の差分を特定する。

図６は、現像限界トナー量の４つの条件に対応する、濃度検出用パッチのトナー量の分布の例を示す図である。実線は、濃度センサー８によるスポット内の平均トナー量を示しており、破線は、実際のトナー量を示している。この例では、パターン検知位置１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が、先行する低濃度部６２であり、パターン検知位置２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲が、高濃度部６１であり、パターン検知位置３０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲が、後続の低濃度部６２である。

図７は、図６における現像限界トナー量の４つの条件に対応する濃度センサー８による濃度測定結果の例を示す図である。図７に示すように、濃度センサー８の上述の特性に起因して、濃度センサー８による濃度測定結果において、境界部における濃度の急峻な変化が正確に得られず、また、高い濃度は正確に測定されにくい。

図８は、図７に示す濃度測定結果の各波形のうち、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する部分を時間的に（ここでは、時間に対応する検知位置の座標において）反転させて、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する部分と対比させた図である。図８では、高濃度部６１から低濃度部６２への境界位置（図６および図７におけるパターン検知位置２０ｍｍ）と、低濃度部６２から高濃度部６１への境界位置（図６および図７におけるパターン検知位置３０ｍｍ）とを一致させて、両者の波形を対比させている。なお、図８では、実線が、高濃度部６１から低濃度部６２への移行部分についての波形を示しており、破線が、低濃度部６２から高濃度部６１への移行部分についての波形を示している。

そして、コントローラー４１は、各条件において、両者の波形の差分（境界からの各距離での測定値の差分の積算値、差分の最大値など）を特定し、その差分に基づいて、現像ローラー２４上のトナー薄層をすべて感光体ドラム１へ移行させることができる現像バイアスの最小値を特定し、特定した現像バイアスの最小値を、現像バイアスとして設定する。つまり、現像限界トナー量が供給限界トナー量とほぼ等しくなるように、現像バイアスが設定される。

以上のように、上記実施の形態１によれば、濃度検出用パッチは、高濃度部６１と低濃度部６２とを有し、高濃度部６１および低濃度部６２は、高濃度部６１と低濃度部６２との境界が、濃度検出用パッチの搬送方向に交差するように互いに近接して配置される。そして、コントローラー４１は、搬送方向における、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化と、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する境界部についての濃度検出値の時間的変化とを比較し、比較結果に基づいてプロセス条件を設定する。

これにより、上述の濃度センサー８の特性に拘わらず、現像特性が良好に調整され、プロセス条件が良好に設定される。

実施の形態２．

本発明の実施の形態２では、コントローラー４１は、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する境界部の位置および低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する境界部の位置を検出するための位置検出用パッチを形成させる。

図９は、実施の形態２における位置検出用パッチの一例を示す図である。図９に示すように、搬送方向における位置検出用パッチ８１の長さＬは、搬送方向における高濃度部６１または低濃度部６２の長さと同一である。

そして、コントローラー４１は、位置検出用パッチ８１の濃度測定波形の立上りエッジおよび立下りエッジの検出位置から所定の距離Ｄだけ離れた位置を、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する境界部の位置および低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する境界部の位置と特定する。

図１０は、実施の形態２におけるトナー量分布、濃度センサー８による濃度測定結果、および高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する部分と低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する部分との対比について説明する図である。

図１０（Ａ）は、実施の形態２における、位置検出用パッチ８１および濃度検出用パッチのトナー量の分布の例を示す図である。実線は、濃度センサー８によるスポット内の平均トナー量を示しており、破線は、実際のトナー量を示している。

図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す条件における濃度センサー８による濃度測定結果の例を示す図である。

図１０（Ｃ）は、図１０（Ｂ）に示す濃度測定結果の波形のうち、高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する部分を時間的に（ここでは、時間に対応する検知位置の座標において）反転させて、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する部分と対比させるとともに、位置検出用パッチ８１の後端部分を時間的に（ここでは、時間に対応する検知位置の座標において）反転させて、先端部分と対比させた図である。なお、図１０（Ｃ）では、実線が、高濃度部６１から低濃度部６２への移行部分についての波形を示しており、破線が、低濃度部６２から高濃度部６１への移行部分についての波形を示している。また、図１０（Ｃ）では、一点鎖線が、位置検出用パッチ８１の後端部分についての波形を示しており、二点鎖線が、位置検出用パッチ８１の先端部分についての波形を示している。

このように、位置検出用パッチ８１の前後にはトナーが存在せず、位置検出用パッチ８１の先端および後端が正確に検出されるため、位置検出用パッチ８１の先端位置および後端位置から簡単な計算で、低濃度部６２から高濃度部６１へ移行する境界部の位置、および高濃度部６１から低濃度部６２へ移行する境界部の位置も正確に特定される。

なお、実施の形態２に係る画像形成装置のその他の構成および動作については実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記の各実施の形態においては、濃度センサー８は、中間転写ベルト７上のトナー像の濃度を検出しているが、その代わりに、感光体ドラム１上のトナー像の濃度を検出するようにしてもよい。

本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。

１ 感光体ドラム（感光体の一例）
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 現像器
８ 濃度センサー
２３ 磁気ローラー
２４ 現像ローラー
４１ コントローラー
６１ 高濃度部
６２ 低濃度部
８１ 位置検出用パッチ

Claims (10)

1. 感光体と、
   プロセス条件に基づいて前記感光体の表面を帯電させる帯電器と、
   前記感光体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、
   プロセス条件に基づいて前記静電潜像をトナーで現像しトナー像を形成する現像器と、
   前記トナー像の濃度を検出する濃度センサーと、
   前記トナー像として濃度検出用パッチを形成させ、前記濃度センサーにより検出された前記濃度検出用パッチの濃度検出値に基づいて、前記プロセス条件を設定するコントローラーとを備え、
   前記濃度検出用パッチは、高濃度部と低濃度部とを有し、
   前記高濃度部および前記低濃度部は、前記高濃度部と前記低濃度部との境界が、前記濃度検出用パッチの搬送方向に交差するように互いに近接して配置され、
   前記コントローラーは、前記搬送方向における、前記高濃度部から前記低濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化と、前記低濃度部から前記高濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化とを比較し、比較結果に基づいて前記プロセス条件を設定すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記コントローラーは、前記高濃度部から前記低濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化、および前記低濃度部から前記高濃度部へ移行する境界部についての前記濃度検出値の時間的変化のうちの一方を、時間的に反転させた上で、両者の差分に基づいて前記プロセス条件を設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記コントローラーは、前記プロセス条件を変化させて、異なるプロセス条件で前記濃度検出用パッチを複数形成させ、前記複数の濃度検出用パッチに対応する複数の前記差分に基づいて前記プロセス条件を設定することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記コントローラーは、前記高濃度部から前記低濃度部へ移行する境界部の位置および前記低濃度部から前記高濃度部へ移行する境界部の位置を検出するための位置検出用パッチを形成させることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記搬送方向における前記位置検出用パッチの長さは、前記搬送方向における前記高濃度部または前記低濃度部の長さと同一であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記現像器は、キャリアおよびトナーを含む２成分現像剤を保持する磁気ローラーと、前記磁気ローラーから移行してくるトナーで前記静電潜像を現像する現像ローラーとを有し、
   前記コントローラーは、前記磁気ローラーと前記現像ローラーとの間の搬送バイアスで前記現像ローラー上にトナー薄層を形成し、前記現像ローラーと前記感光体との間の現像バイアスで前記トナー薄層からトナーを前記静電潜像へ移行させて、前記静電潜像を現像すること、
   を特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
7. 前記プロセス条件は、前記現像バイアスを含むことを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記コントローラーは、前記現像ローラー上の前記トナー薄層をすべて前記感光体へ移行させることができる現像バイアスの最小値を特定し、特定した前記現像バイアスの最小値を、前記現像バイアスとして設定することを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
9. 前記感光体は、無機感光体であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
10. 前記感光体は、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。